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如何理解无缓冲电路的晶体管的关断损耗

编辑:Admin    来源:西安智诚嘉美科技有限公司   发布时间: 2020-03-25 23:24:57    浏览量:114
无缓冲电路的晶体管的关断损耗
以正激电路为例,电路中采用了典型的RCD关断缓冲电路(由RI、C1、D1组成)。假设该电路由115V交流电压供电,输出功率为150W。对离线式电源适配器来说,整流后的直流输入电压范围通常是136~184V。
 
(a)由R1、C1、D1组成的正激变换器的缓冲电路。Q1关断时,集电极电压开始上升,D1随即导通,Cl抑制集电极电压上升的速度,减小上升电压和下降电流的重叠,从而降低品体管Q1的损耗。在下次晶体管关断之前,C1必须在Q1的导通时间内将上一次关断时充的2V放完,放电路径为R1、Q1。(b)无缓冲电路时,集电极电压瞬时升高,Q1的损耗是  。
由式可知,Q1的峰值电流为
 
假设Q1为快速双极型晶体管,如第三代 Motorola2N6836,其额定电压V为450v(850VV),额定电流为15A。器件手册上给出,在5V基极反向偏置条件下,集电极电流由3。5A下降到0A的时间为0。15μs。实际计算中,假设最坏情况下的下降时间是手册中数据的两倍,即0.3us。
首先分析不存在R、D1、C1缓冲网络的情况。对于复位绕组和初级绕组匝数相同的正激变换器,在关断瞬间,储存在励磁电感和漏感中的能量释放,电感两端电压极性反向,使正激变换器的晶体管集电极电压迅速上升到2V。
由于集电极输出电容比较小,故电压的上升是瞬时的。假设峰值母线电压V为184V,如图所示,品体管集电极电压迅速上升到368V,电流在03s内由345A线性下降到0A。
 
这一过程会在0.3μs的开关时间内平均产生3683。45/2=635W的重叠损耗。假设开关频率为100kHz,则每周期内平均损耗为6350。3/10=19W。如此高的损耗需要很大的散热器来保证晶体管的结温不至于过高,而通常满足条件的散热器的体积是不能接受的。
但需注意,以上计算是在假设的理想状态下得出的。估算的损耗是依赖于电流关断时间的假设而做出的。实际上,电流在下降之前会在很短的一段时间内保持为峰值,因此实际损耗大约比计算出的19W要多出50%。
 
 R1、C1、D1组成的缓冲器通过减缓集电极电压的上升速度,使下降的电波形同上升的电压波形之间的重叠尽量小,以达到减小开关损耗的目的。下面介绍其工作原理和元器件选择。       
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